Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. Пырков В.В. , 2005
ООО с ИИ ´Данфосс ТОВª
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ
ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
к 60 летию первого терморегулятора
´Такі справиª Киев ó 2005
ББК 38.762.1+38.762.3 УДК 628.81+628.82 П 94
Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. — К.: II ДП «Такі справи», 2005. — 304 с. — ил. ISBN 966 7208 29 X
Рассмотрены идеальные и рабочие расходные характеристики клапанов различного конструктивного исполнения. Разработаны методики подбора регулирующих клапанов с учетом их авторитетов. Оценено влияние дросселя и замыкающего участка узла обвязки теплообменного прибора на потокораспределение терморегулятором. Проанализировано влияние теплообменных приборов, трубопроводов, насосов на работу терморегуляторов, клапанов ручного и автоматического регулирования. Приведены общие сведения о современных системах водяного отопления и кондиционирования. Даны основные аспекты конструирования систем, их балансировки и экономическая оценка средств автоматизации.
Предназначена для проектировщиков, эксплуатационников, научных работников и студентов.
Автор: Пырков Виктор Васильевич, канд. техн. наук, советник по научно техническим вопросам ООО с ИИ «Данфосс ТОВ».
МЫ К ВАШИМ УСЛУГАМ:
Необходима помощь? Если у Вас есть вопросы, проблемы или замеча ния по книге, можете обращаться непосредственно к Пыркову В. В. (е mail: pirkov@danfoss.com), относительно оборудования и его приме нения — в компанию ДАНФОСС
Украина 04080, Киев 80, ул. Викентия Хвойки, 11 (Переписка: Украина 04080, Киев 80, п/я 168).
Тел.: (+38044) 461 87 00. Факс: (+38044) 461 87 07 E mail: pirkov@danfoss.com WWW: www.danfoss.ua
Перепечатка и копирование без согласия
ООО с ИИ «Данфосс ТОВ»
информации без ссылок
Защищено авторским правом.
© ООО с ИИ «Данфосс ТОВ», 2005
© II ДП «Такі справи», подготовка издания, 2005
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Вступление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Opinion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Рецензия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Условные буквенно цифровые обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Условные графические обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Основные термины и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1. Тепловой комфорт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. Тепло и холодоноситель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3. Гидравлические потери . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2. Пропускная способность клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.3. Внешний авторитет клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.4. Расходная характеристика клапана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.1. Линейная рабочая расходная характеристика клапана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.2. Равнопроцентная рабочая расходная характеристика клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.4.3. Параболическая рабочая расходная характеристика клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.4.4. Логарифмическо линейная рабочая расходная характеристика клапана . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4.5. Линейно линейная рабочая расходная характеристика клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4.6. Рабочие расходные характеристики трехходовых клапанов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.4.7. Взаимовлияние регулирующих клапанов . . . . . . . . . . . 80 3.5. Отключающие клапаны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4. Терморегуляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.1. Конструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.1.1. Регуляторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.1.2. Термостатические клапаны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2. Характеристики терморегуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.2.1. Механические характеристики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 4.2.2. Рабочие характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.2.3. Технические параметры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 4.2.4. Авторитеты терморегулятора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2.4.1. Внешний авторитет терморегулятора . . . . 114 4.2.4.2. Внутренний авторитет терморегулятора. . . 120 4.2.4.3. Общий авторитет терморегулятора. . . . . . . 124
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
4.2.4.4. Влияние настройки дросселя на авторитеты терморегулятора . . . . . . . . . . 128
4.2.4.5. Влияние замыкающего участка на авторитеты терморегулятора . . . . . . . . . . 138
4.3. Электроприводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 5. Автоматические регуляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.1. Перепускные клапаны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 5.2. Автоматические регуляторы перепада давления . . . . . . . . . . 151 5.3. Автоматические регуляторы расхода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 5.4. Стабилизаторы расхода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6. Теплообменные приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.2. Регулирование теплового потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 6.3. Авторитет теплоты помещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7. Трубопроводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 8. Насосы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 8.1. Шумообразование системы обеспечения микроклимата. . . 193 8.2. Преобразователи частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 8.3. Циркуляционное давление насоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 8.4. Выбор насоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
9. Системы обеспечения микроклимата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 9.1. Гидравлический режим . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 9.2. Конструирование систем водяного охлаждения . . . . . . . . . . . 210 9.3. Конструирование систем водяного отопления . . . . . . . . . . . . 219 9.3.1. Разводка трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 9.3.2. Присоединение приборных веток и стояков . . . . . . 226 9.3.3. Присоединение отопительных приборов . . . . . . . . . 236
9.4. Гидравлическая устойчивость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 10. Гидравлическая балансировка систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 10.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 10.2. Метод температурного перепада. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 10.3. Метод предварительной настройки клапанов. . . . . . . . . . . . . . 260 10.4. Пропорциональный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 10.5. Компенсационный метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 10.6. Компьютерный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
11. Автоматическая балансировка систем комбинированными клапанами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
12. Энергосбережение автоматизированных систем обеспечения микроклимата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Сборник выводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Закончился ХХ век, принесший много полезных технических реше ний, которые призваны служить человеку в отдельности и планете в це лом. Этот век показал, что природные ресурсы не безграничны и наше будущее зависит от сегодняшнего отношения к их использованию.
Наиболее энергоемкий сектор большинства государств занимают системы обеспечения комфортной жизнедеятельности человека. Но вым этапом совершенствования таких систем послужило изобретение компанией Данфосс 60 лет тому назад первого в мире терморегулятора. Много воды с тех пор утекло, и он стал неотъемлемой частью систем отопления и охлаждения. Современный терморегулятор позволяет соз дать комфортные условия для труда и отдыха человека, в значительной мере снизить потребление энергоресурсов и уменьшить техногенное воздействие на окружающую среду.
Терморегулятор превратил систему обеспечения микроклимата по мещения в действенный технический комплекс адекватной реакции на любые внутренние и внешние воздействия, поэтому повысились требо вания к проектированию таких систем. Одной из основных задач стало создание условий их эффективной работы в стационарном и перемен ном эксплуатационных режимах. Данный подход заставляет рассматри вать систему в комплексе и взаимосвязи с ее окружением, проводить системный анализ.
По заключению Мировой энергетической комиссии «современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности, но исследователи недостаточно изучили особенности теплового режима, а проектировщики не научились оптимизировать теплоту и массу ограждающих конструкций». Такое состояние во мно гих случаях является следствием развития познания в прошлом веке по пути проб и ошибок. Приблизиться к истине, эффективному результату мог лишь опытный исследователь. Полученные высокие результаты по достоинству оценены современниками, однако остались практически невостребованными прямые математические методы оптимизации сложных энергетических систем, каковыми являются системы отопле ния и кондиционирования. Вариационные методы, методы линейного и динамического программирования, системный анализ — огромный по тенциал, который в ближайшем будущем предстоит применять нашим специалистам при проектировании систем обеспечения микроклимата.
Указанные подходы не усложняют проектирование систем, а делают его творческим и вдумчивым, поэтому мы сознательно затрагиваем вза имосвязь гидравлических и тепловых процессов. Стараемся представить
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
целостную картину работы систем для эффективного использования их потенциала. Пытаемся объединить научный и практический опыт, по лученный в разных странах. Безусловно, данная работа не всеобъемлю ща, не является ответом на многогранные вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации. Эта книга — лишь результат наших скромных усилий, предпринимаемых в данном направлении. Мы надеемся, что она поможет Вам, с учетом собственного опыта, сделать правильные выводы и воплотить их в повседневной практике.
Данная книга является продолжением научно практических изы сканий автора, начатых в предыдущем издании «Особенности совре менных систем отопления» [1]. В ней обстоятельно рассмотрены гид равлические процессы, происходящие при регулировании систем обес печения микроклимата. Выявлены взаимосвязи, уточняющие гидрав лические характеристики регулирующих клапанов в зависимости от конкретных условий циркуляционных колец системы водяного отопле ния, либо водяного охлаждения.
В книге рассмотрены широко используемые понятия «внутреннего авторитета», «внешнего авторитета» и «общего авторитета» терморегуля торов и балансировочных клапанов. Однако они оказались недостаточ ными для выяснения в полной мере причин искажения расходных ха рактеристик этого оборудования и целостного восприятия происходя щих гидравлических процессов, поэтому впервые применено понятие «базового авторитета», позволившее определить степень искажения идеальной расходной характеристики клапана в зависимости от его конструктивных особенностей. Затем показано дальнейшее искажение этой характеристики под влиянием «внешнего авторитета».
Детальное изучение гидравлических процессов в системах обеспе чения микроклимата позволило выявить неоспоримые преимущества автоматических регуляторов перепада давления и регуляторов расхода. Кроме вносимого улучшения работоспособности системы, применение этого оборудования во многом устраняет неточности расчетов и монта жа, упрощает процесс ее наладки.
Все полученные уравнения сопровождаются примерами, позволяю щими получить навыки в проектировании и наладке систем обеспече ния микроклимата. Они целиком составлены с использованием обору дования Данфосс. В то же время, для практического применения следу ет использовать последние версии технического описания данного обо рудования, поскольку происходит постоянное совершенствование по мере развития научных знаний и применения новых технологий.
Данная книга сегодня издается на иностранных языках и распростра няется во многих странах. Автор признателен всем коллегам мульти
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
национальной компании Данфосс за предоставленную возможность внести свой посильный вклад в мировую копилку знаний, за оказание активной помощи в написании книги, ее переводе на иностранные язы ки, подготовке к изданию, в проведении лабораторных тестов для под тверждения предлагаемой теории. Огромная благодарность коллегам за внимание и проявленную заботу, а также доброжелательное отношение к автору и создание благоприятных условий для творческой работы.
Особая признательность за вовлечение мировой научной обще ственности в обсуждение книги, ее кропотливое рецензирование и по лучение бесценных советов по ее улучшению. Автор понимает, что дан ная книга противоречит существующим стереотипам в практике расче та систем обеспечения микроклимата. Во всяком случае, она позволяет еще раз переосмыслить традиционные методы расчета и развить позна ние. Автор всегда готов дать дополнительные разъяснения по предлага емой теории и не исключает иных подходов к решению рассматривае мых задач. Всегда готов к научной дискуссии, восприятию аргументи рованных замечаний, совместному поиску истины. Со всеми замеча ниями и предложениями касательно книги просьба обращаться к авто ру. Все запросы относительно продукции Данфосс следует направлять данной фирме.
